-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vermessungsinstrument.
-
In der Praxis wird üblicherweise in einem Fall, in dem ein Vermessungsinstrument zum Ausführen eines Vermessungsvorgangs installiert ist, der geographische Norden gemessen, um eine Referenzrichtung des Vermessungsinstruments festzulegen. Als eines der Verfahren, um das Azimut an einer Installationsposition zu bestimmen, ist ein Verfahren bekannt, durch das der geographische Norden mit Hilfe der Sonne vermessen wird.
-
Eine Position (d. h. Breitengrad und Längengrad), an der das Vermessungsinstrument installiert ist, ist bereits bekannt, die Sonne wird von der Installationsposition mittels eines Teleskops anvisiert und ein Horizontalwinkel der Sonne wird beim Durchführen des Anvisierens erhalten. Ferner kann der geographische Norden durch Erhalten eines Azimutwinkels der Sonne basierend auf dem Breitengrad, dem Längengrad und dem Zeitpunkt beim Durchführen des Anvisierens und Ersetzen (Aktualisieren) des Horizontalwinkels durch den Azimutwinkel vermessen werden.
-
Als Mittel zum Messen des geographischen Nordens wird nach der Installation des Vermessungsinstruments die Sonne durch ein Teleskop anvisiert, wie es an dem Vermessungsinstrument bereitgestellt ist, und dann werden ein Vertikalwinkel und ein Horizontalwinkel in der Zielrichtung gemessen. Aus diesem Grund tritt eine Zeitdifferenz zwischen einem Zeitpunkt, zu dem die Sonne anvisiert wird, und einem Zeitpunkt, zu dem ein Richtungswinkel gemessen wird, auf. Die Sonne bewegt sich aufgrund der Rotation der Erde mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit (maximal 15 Bogensekunden/Sekunde) und der gemessene Horizontalwinkel weicht von der tatsächlichen Position der Sonne ab, und zwar in einem Ausmaß, wie es aus der Zeitdifferenz multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit der Sonne erhalten wird.
-
Aus diesem Grund ist es in einem Fall, in dem es notwendig ist, den geographischen Norden mit hoher Genauigkeit zu messen, erwünscht, dass ein Vermessen des geographischen Nordens, das die Abweichung der Position der Sonne in einem Messergebnis nicht beinhaltet, mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden kann, da die Abweichung der Position der Sonne als Fehler auftaucht.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vermessungsinstrument bereitzustellen, mit dem ein Vermessen des geographischen Nordens, das die Abweichung der Position der Sonne in einem Messergebnis nicht beinhaltet, mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Das erfindungsgemäße Vermessungsinstrument umfasst eine GNSS-Vorrichtung, eine Rahmeneinheit, die in einer horizontalen Richtung drehbar ist, eine Teleskopeinheit, die in einer vertikalen Richtung drehbar auf der Rahmeneinheit montiert ist, eine Bilderfassungseinheit, die auf der Teleskopeinheit installiert ist, eine Antriebseinheit zum Drehen und Antreiben der Rahmeneinheit und der Teleskopeinheit, eine Horizontalwinkel-Messeinheit zum Detektieren eines Horizontalwinkels der Rahmeneinheit, eine Vertikalwinkel-Messeinheit zum Detektieren eines Vertikalwinkels der Teleskopeinheit und eine Steuervorrichtung, die eine Referenztaktsignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Referenztaktsignals aufweist, wobei die Steuervorrichtung ein Zeitsignal erzeugt, um eine Standardzeit aus einem von der GNSS-Vorrichtung erfassten Signal anzugeben, das Zeitsignal mit einem Zeitstempel auf der Basis des Referenztaktsignals versieht, das Zeitsignal dem Referenztaktsignal zuordnet, einen Horizontalwinkel durch die Horizontalwinkel-Messeinheit zu einem Zeitpunkt misst, an dem die Teleskopeinheit die Sonne anvisiert und ein Bildsignal durch die Bilderfassungseinheit erfasst, das Bildsignal mit einem Zeitstempel auf der Basis des Referenztaktsignals versieht, eine Standardzeit zu einem Zeitpunkt der Bilderfassung auf der Basis eines Zeitstempels des Bildsignals und des Referenztaktsignals berechnet, einen Azimutwinkel der Sonne zu der Standardzeit auf der Basis eines Breitengrads und eines Längengrads eines Punktes, an dem das Vermessungsinstrument installiert ist, und einer Standardzeit zu der Zeit der Bilderfassung berechnet, und einen Horizontalwinkel, wie er durch die Horizontalwinkel-Messeinheit gemessen wird, durch den Azimutwinkel aktualisiert.
-
Ferner umfasst die erfindungsgemäße Lösung ein Verfahren zum Betrieb eines Vermessungsinstruments, umfassend eine GNSS-Vorrichtung, eine Rahmeneinheit, die in einer horizontalen Richtung drehbar ist, eine Teleskopeinheit, die in einer vertikalen Richtung drehbar auf der Rahmeneinheit montiert ist, eine Bilderfassungseinheit, die auf der Teleskopeinheit installiert ist, eine Antriebseinheit zum Drehen und Antreiben der Rahmeneinheit und der Teleskopeinheit, eine Horizontalwinkel-Messeinheit zum Detektieren eines Horizontalwinkels der Rahmeneinheit, eine Vertikalwinkel-Messeinheit zum Detektieren eines Vertikalwinkels der Teleskopeinheit und eine Steuervorrichtung, die eine Referenztaktsignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Referenztaktsignals aufweist, wobei bei der Durchführung des Verfahrens, vorzugsweise über die Steuervorrichtung, ein Zeitsignal erzeugt wird, um eine Standardzeit aus einem von der GNSS-Vorrichtung erfassten Signal anzugeben, weiter wird das Zeitsignal mit einem Zeitstempel auf der Basis des Referenztaktsignals versehen, und das Zeitsignal dem Referenztaktsignal zugeordnet, weiter wird ein Horizontalwinkel durch die Horizontalwinkel-Messeinheit zu einem Zeitpunkt gemessen, an dem die Teleskopeinheit die Sonne anvisiert und ein Bildsignal durch die Bilderfassungseinheit erfasst, das Bildsignal wird mit einem Zeitstempel auf der Basis des Referenztaktsignals versehen, eine Standardzeit wird zu einem Zeitpunkt der Bilderfassung auf der Basis eines Zeitstempels des Bildsignals und des Referenztaktsignals berechnet, dann wird einen Azimutwinkel der Sonne zu der Standardzeit auf der Basis eines Breitengrads und eines Längengrads eines Punktes, an dem das Vermessungsinstrument installiert ist, und einer Standardzeit zu der Zeit der Bilderfassung berechnet, und ein Horizontalwinkel, wie er durch die Horizontalwinkel-Messeinheit gemessen wird, durch den Azimutwinkel aktualisiert.
-
Ferner wird vorzugsweise in dem Vermessungsinstrument gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Teleskopeinheit zu einem Zeitpunkt der Beendigung der Anvisierung gestoppt, die Steuervorrichtung berechnet eine Positionsabweichung zwischen einem Bild der Sonne in einem erfassten Bild und einer Anvisierungsposition, berechnet einen Horizontalabweichungswinkel einer optischen Achse der Teleskopeinheit auf der Basis der Positionsabweichung und korrigiert den Azimutwinkel, der durch den Horizontalabweichungswinkel aktualisiert werden soll. Als Ergebnis kann selbst in einem Fall, in dem Zeit seit der Beendigung der Anvisierung verstrichen ist und die Sonne sich bewegt hat, ein genaues Vermessen des geographischen Nordens durchgeführt werden.
-
Ferner weist in dem Vermessungsinstrument gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Vermessungsinstrument eine Nachführungsfunktion oder ein Nachführungsverfahren auf, bei der bzw. dem über die Steuervorrichtung ein Bild durch die Bilderfassungseinheit erfasst wird und mehrmals ein Horizontalwinkel durch die Horizontalwinkel-Messeinheit bei einem Zustand gemessen wird, in dem ein Nachführungsbetrieb fortgesetzt wird, und ein Zeitstempel in Bezug auf ein Bildsignal und jedes Horizontalwinkel-Messsignal gesetzt wird und die Standardzeit zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung aus dem Zeitstempel des Referenztaktsignals und des Bildsignals berechnet wird, und ein Azimutwinkel der Sonne zu der Standardzeit berechnet wird, und ein Horizontalwinkel zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung auf der Basis des Zeitstempels eines jeweiligen Horizontalwinkel-Messsignals, eines Horizontalwinkels, der dem jeweiligen Zeitstempel entspricht, eines Zeitstempels des Bildsignals und des Referenztaktsignals und aktualisiert den Horizontalwinkel zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung durch den Azimutwinkel der Sonne zu der Standardzeit berechnet wird. Als Ergebnis ist es selbst bei einem Nachführungszustand möglich, einen genauen Azimutwinkel und Horizontalwinkel zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung zu messen und ein genaues Vermessen des geographischen Nordens durchzuführen.
-
Ferner kann über die Steuervorrichtung in dem Vermessungsinstrument gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Positionsabweichung zwischen einem Bild der Sonne in einem erfassten Bild und einer Anvisierungsposition berechnet werden, indem ein Horizontalabweichungswinkel einer optischen Achse der Teleskopeinheit auf der Basis der Positionsabweichung berechnet und der Azimutwinkel korrigiert wird, der auf Basis des Horizontalabweichungswinkels aktualisiert werden soll. Als Ergebnis ist es selbst in einem Fall, in dem eine optische Achse und das Bild der Sonne in dem Bild nicht vollständig miteinander übereinstimmen, möglich, ein genaues Vermessen des geographischen Nordens durchzuführen.
-
Ferner kann in dem Vermessungsinstrument gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Steuervorrichtung einen Horizontalwinkel zu einem Zeitpunkt des Aktualisierens des Horizontalwinkels durch die Horizontalwinkel-Messeinheit messen, um eine Abweichung zwischen dem gemessenen Horizontalwinkel und dem Horizontalwinkel zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung zu erhalten und den Azimutwinkel auf der Basis der Abweichung zu korrigieren. Als Ergebnis ist es selbst dann, wenn eine Änderung des Horizontalwinkels der optischen Achse der Teleskopeinheit bei der Messung gemäß der Nachführung nicht vernachlässigbar ist, möglich, ein genaues Vermessen des geographischen Nordens durchzuführen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer vorzugsweisen Ausführungsform, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
-
1: eine schematische äußere Ansicht eines Vermessungsinstruments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2: eine Blockdarstellung zum Zeigen einer ungefähren Anordnung des Vermessungsinstruments; und
-
3: eine erläuternde Zeichnung zum Zeigen einer Beziehung zwischen einem Bildfeld eines Teleskops auf einem Photodetektionselement einer Weitwinkelkamera und einer Anvisierungsposition der Sonne in der vorliegenden Ausführungsform.
-
4A und 4B: erläuternde Zeichnungen zum Zeigen eines Zustands, in dem die Anordnung so ist, dass ein Referenztaktsignal eine Zeitachse ist und Signale, die entlang der Zeitachse erfasst werden, positioniert und angeordnet sind.
-
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
1 und 2 zeigen ein Vermessungsinstrument 1, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird. Es ist zu beachten, dass das Vermessungsinstrument 1, so wie es verwendet wird, beispielsweise eine Totalstation ist und eine Nachführungsfunktion aufweist. Ein gepulster Laserstahl wird in Richtung eines Messpunktes als Abstandsmesslicht ausgesendet, ein reflektiertes Licht (nachstehend als "Reflexionslicht" bezeichnet) des Abstandsmesslichtes wird aus dem Messpunkt empfangen und ein Abstand wird für jeden Lichtpuls gemessen. Durch Bilden eines Mittelwerts der Ergebnisse der Abstandsmessung kann die Messung des Abstandes mit hoher Präzision durchgeführt werden.
-
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Vermessungsinstrument 1 im Wesentlichen eine Nivelliereinheit 2, die auf einem Dreibein (nicht gezeigt) montiert ist, eine Basiseinheit 3, die auf der Nivelliereinheit 2 montiert ist, eine Rahmeneinheit 4, die um eine vertikale Achse als Mitte drehbar auf der Basiseinheit 3 montiert ist, eine Teleskopeinheit 5, die um eine horizontale Achse als Mitte drehbar auf der Rahmeneinheit 4 montiert ist, und eine (später beschriebene) Bilderfassungseinheit, wie sie auf der Teleskopeinheit 5 bereitgestellt ist.
-
Die Rahmeneinheit 4 umfasst eine Anzeigeeinheit 6 und eine Bedienungseingabeeinheit 7. Die Teleskopeinheit 5 weist ein Teleskop 8 zum Anvisieren eines zu messenden Objekts und eine Abstandsmesseinheit 11, die ein optisches System des Teleskops 8 mitverwendet, auf. Ferner weist die Teleskopeinheit 5 eine Bildaufnahmeeinheit 12 zum Erfassen eines Bilds in einer Zielrichtung durch das optische System des Teleskops 8 auf. Zudem umfasst die Teleskopeinheit 5 eine Weitwinkelkamera 9. Die Weitwinkelkamera 9 besitzt eine optische Achse, die parallel zu einer optischen Achse des Teleskops 8 verläuft, und kann ein Weitwinkelbild in der Zielrichtung oder in einer ungefähren Zielrichtung des Teleskops 8 erfassen. Ein Abstand zwischen der optischen Achse der Teleskopeinheit 5 und der optischen Achse der Weitwinkelkamera 9 ist bereits bekannt. Die Bilderfassungseinheit besteht aus der Weitwinkelkamera 9 und der Bildaufnahmeeinheit 12 gebildet ist oder aus entweder der Weitwinkelkamera 9 oder der Bildaufnahmeeinheit 12.
-
Ferner weist das Vermessungsinstrument 1 eine GNSS-Vorrichtung (Vorrichtung für das globale Navigationssatellitensystem) 10. Die GNSS-Vorrichtung 10 empfängt Satellitensignale, die von Satelliten ausgegeben werden, und misst eine Position (absolute Koordinaten) des Vermessungsinstruments 1, und gibt ein GNSS-Zeitsignal aus einem Zeitsignal, das in dem Satellitensignal enthalten ist, aus.
-
Ein Bildwinkel des Teleskops 8 beträgt beispielsweise 1° und ein Bildwinkel der Weitwinkelkamera 9 beträgt beispielsweise 15° bis 30°. Ferner ist, obwohl die optische Achse des Teleskops 8 von der optischen Achse der Weitwinkelkamera 9 verschieden ist, ein Abstand zwischen diesen optischen Achsen bereits bekannt und eine Abweichung der Zielrichtung zwischen der Weitwinkelkamera 9 und dem Teleskop 8 kann durch Berechnung korrigiert werden.
-
Die Weitwinkelkamera 9 und die Bildaufnahmeeinheit 12 geben jeweils ein aufgenommenes Bild als ein digitales Bildsignal aus. Ein Photodetektionselement der Weitwinkelkamera 9 und der Bildaufnahmeeinheit 12 ist beispielsweise jeweils eine CCD, ein CMOS usw., das ein Zusammenschluss von Pixeln ist und so angeordnet ist, dass eine Position des zu empfangenden Pixels spezifiziert werden kann und dass ein Bildwinkel aus der Position des zu empfangenden Pixels detektiert werden kann.
-
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Beschreibung zu einer grundlegenden Anordnung des Vermessungsinstruments 1 gegeben.
-
Wie oben beschrieben nimmt die Teleskopeinheit 5 die Abstandsmesseinheit 11 auf, die ein optisches System des Teleskops 8 mitverwendet. Die Abstandsmesseinheit 11 sendet einen gepulsten Laserstrahl als ein Abstandsmesslicht durch das optische System aus, empfängt ein Reflexionslicht des zu messenden Objekts durch das optische System und eine elektrooptische Abstandsmessung zu dem zu messenden Objekt wird basierend auf dem empfangenen Reflexionslicht ausgeführt.
-
In einem Fall, in dem das zu messende Objekt ein Prisma ist, kann die Abstandsmesseinheit 11 eine Messung in einer Prismamessungsbetriebsart ausführen. In einem Fall, in dem das zu messende Objekt kein Prisma ist, kann die Abstandsmesseinheit 11 ferner eine Messung in einer Nicht-Prismamessungsbetriebsart ausführen. Und eine Messungsbetriebsart kann entsprechend dem zu messenden Objekt gewechselt werden.
-
Auf der Rahmeneinheit 4 ist eine Horizontalantriebseinheit 15 zum Drehen der Rahmeneinheit 4 in eine horizontale Richtung und eine Horizontalwinkel-Messeinheit 16 zum Detektieren eines Horizontalwinkels einer Zielrichtung mit Bezug auf die Basiseinheit 3 der Rahmeneinheit 4 vorgesehen. Ferner ist auf der Rahmeneinheit 4 eine Vertikalantriebseinheit 17 vorgesehen, die sich um die Teleskopeinheit 5 mit einer horizontalen Achse als Mitte dreht, und eine Vertikalwinkel-Messeinheit 18 vorgesehen, die einen Vertikalwinkel der Teleskopeinheit 5 detektiert und einen Vertikalwinkel in der Zielrichtung misst.
-
Ferner ist auf der Rahmeneinheit 4 eine Neigungsdetektionseinheit 14 vorgesehen und die Neigungsdetektionseinheit 14 detektiert eine Neigung oder eine Horizontalität der Rahmeneinheit 4.
-
Eine Steuervorrichtung 20 ist in der Rahmeneinheit 4 aufgenommen. Basierend auf einem Detektionsergebnis der Neigungsdetektionseinheit 14 steuert die Steuervorrichtung 20 die Nivelliereinheit 2 und richtet die Rahmeneinheit 4 in einer horizontalen Richtung aus.
-
Ferner steuert die Steuereinheit 21 das Antreiben der Horizontalantriebseinheit 15 und dreht die Rahmeneinheit 4 in einer horizontalen Richtung und steuert ferner das Antreiben der Vertikalantriebseinheit 17 und dreht die Teleskopeinheit 5 in einer Höhenrichtung. Die horizontale Drehung der Rahmeneinheit 4 wird durch die Horizontalwinkel-Messeinheit 16 detektiert und der detektierte Horizontalwinkel wird in die Steuervorrichtung 20 eingegeben. Die vertikale Drehung der Teleskopeinheit 5 wird durch die durch Vertikalwinkel-Messeinheit 18 detektiert und der detektierte Vertikalwinkel wird in die Steuervorrichtung 20 eingegeben.
-
Auf der Grundlage der Detektionsergebnisse der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 und der Detektionsergebnisse der Vertikalwinkel-Messeinheit 18 und durch eine kooperative Bewegung der Horizontalantriebseinheit 15 und der Vertikalantriebseinheit 17 richtet die Steuervorrichtung 20 die Teleskopeinheit 5 in einer vorbestimmten Richtung aus.
-
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine weitere Beschreibung zu der Steuervorrichtung 20 gegeben.
-
Die Steuervorrichtung 20 besteht aus einer Eingabe/Ausgabe-Steuereinheit 21, Steuerrecheneinheit 22, einer Speichereinheit 23, einer ersten Bildaufzeichnungseinheit 24 zum Aufzeichnen von Bildern, die von der Weitwinkelkamera 9 erhalten werden, einer zweiten Bildaufzeichnungseinheit 25 zum Aufzeichnen von Bildern, die von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhalten werden, einer Bildverarbeitungseinheit 26 zum Durchführen einer Bildverarbeitung wie etwa einem Spezifizieren eines Messpunktes oder eines zu messenden Objektes basierend auf dem von der Weitwinkelkamera 9 erhaltenen Bild und dem von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bild, einer Referenztaktsignal-Erzeugungseinheit 27 zum Erzeugen eines Referenztaktsignals, der Anzeigeeinheit 6, der Bedienungseingabeeinheit 7 und dergleichen.
-
Die Steuervorrichtung 20 erfasst Bilder durch die Weitwinkelkamera 9 durch Ausführen verschiedener Arten von Programmen (die später beschrieben sind), die in der Speichereinheit 23 gespeichert sind, führt ein Detektieren der Sonne und Nachführen zur Sonne durch und führt ferner ein Vermessen des geographischen Nordens auf der Basis der Bilder aus, die von der Weitwinkelkamera 9 erfasst werden, und steuert das Nachführen des zu messenden Objekts auf der Basis des Bilds, das von der Bildaufnahmeeinheit 12 erfasst wird. Ferner führt die Steuervorrichtung 20 auf der Basis des von der Weitwinkelkamera 9 erfassten Bilds und des von der Bildaufnahmeeinheit 12 erfassten Bilds ein Suchen durch, um das zu messende Objekt in den Bildern (in einem Bildfeld des Teleskops) vor dem Starten des Nachführens zu erfassen, oder führt ein Suchen durch, um das zu messende Objekt in dem Bild in einem Fall, in dem das zu messende Objekt von dem Bild während des Nachführungsbetriebs abweicht, erneut zu erfassen.
-
In der Speichereinheit 23 sind verschiedene Arten von Programmen gespeichert. Diese Programme umfassen: ein Ablaufprogramm zum Ausführen der Messung, ein Bildanzeigeprogramm zum Anzeigen auf der Anzeigeeinheit 6, ein Berechnungsprogramm zum Ausführen von für die Messung notwendigen Berechnungen, ein Bildverarbeitungsprogramm zum Durchführen einer Bildverarbeitung an den von der Weitwinkelkamera 9 und der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bildern, ein Geographisch-Nord-Vermessungsprogramm zum Anvisieren der Sonne aus den verarbeiteten Bildern, zum Berechnen der Position der Sonne zu dem Zeitpunkt des Anvisierens und zum Ausführen des Vermessens des geographischen Nordens, ein Korrekturprogramm zum Korrigieren von Fehlern auf der Basis einer Zeitdifferenz in einem Fall, in dem eine Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Anvisierens, dem Zeitpunkt der Bilderfassung und dem Zeitpunkt der Horizontalwinkel-Messung auftritt, ein Abstandsmessprogramm zum Messen eines Abstands zu dem Messpunkt und zum Messen des Abstands durch Nachführen des zu messenden Objektes und andere Programme.
-
Die Messergebnisse aus der Abstandsmesseinheit 11, der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 und der Vertikalwinkel-Messeinheit 18 werden in die Steuerrecheneinheit 22 eingegeben. Gemäß dem Ablaufprogramm, dem Rechenprogramm, dem Abstandsmessprogramm usw. führt die Steuerrecheneinheit 22 die Messung des Abstands, des Vertikalwinkels und des Horizontalwinkels und die Korrektur der Messfehler aus und es ist vorgesehen, dass die Messergebnisse in der Speichereinheit 23 durch das Bildanzeigeprogramm gespeichert werden und die Messergebnisse auf der Anzeigeeinheit 6 angezeigt werden.
-
Das Bildverarbeitungsprogramm veranlasst die Bildverarbeitungseinheit 26 dazu, eine Bildverarbeitung wie etwa eine Extraktion des Messpunktes oder des zu messenden Objektes basierend auf dem von der Weitwinkelkamera 9 erhaltenen Bild und dem von der Bildaufnahmeeinheit 12 erhaltenen Bild auszuführen.
-
Ferner kann die Steuerrecheneinheit 22 eine normale Vermessungsbetriebsart ausführen, die eine Abstandsmessung und eine Winkelmessung des zu messenden Objekts gemäß dem Abstandsmessprogramm, und eine Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart zum Durchführen des Vermessens des geographischen Nordens gemäß dem Geographisch-Nord-Vermessungsprogramm ausführt. Durch Wählen einer Vermessungsbetriebsart von der Bedienungseingabeeinheit 7 kann eine Messung wie erforderlich ausgeführt werden.
-
Im Folgenden wird eine Beschreibung zu einem Fall gegeben, in dem das Vermessen durchgeführt wird.
-
Zunächst wird in einem Fall, in dem ein zu messendes Objekt, das in einer Horizontalrichtung vorhanden ist, durch das Vermessungsinstrument 1 gemessen wird, die normale Vermessungsbetriebsart ausgewählt und ein Abstand zu dem zu messenden Objekt wird durch Anvisieren des zu messenden Objekts durch das Teleskop 8 gemessen.
-
Anschließend wird in einem Fall, in dem das Vermessen des geographischen Nordens ausgeführt werden soll, das Vermessungsinstrument 1 an einem bekannten Punkt, d. h. an einem Punkt, an dem ein Breitengrad und ein Längengrad bereits bekannt sind, installiert, und von der Nivelliereinheit 2 horizontiert. Informationen (Breitengrad und Längengrad) zu der Installationsposition werden von der GNSS-Vorrichtung 10 erfasst und in die Steuervorrichtung 20 eingegeben. Oder eine Vermessungsbedienperson kann den Breitengrad und den Längengrad der Installationsposition in die Steuervorrichtung 20 durch die Bedienungseingabeeinheit 7 eingeben.
-
Ferner gibt es in einem Fall, in dem das Vermessen des geographischen Nordens durchgeführt wird, ein Vermessen des geographischen Nordens, das von einer Bedienperson durchgeführt wird, und ein Vermessen des geographischen Nordens, das automatisch durchgeführt wird.
-
In einem Fall, in dem das Vermessen des geographischen Nordens durch die Bedienperson durchgeführt wird, wird ein Lichtdämpfungsfilter auf dem Teleskop 8 und der Weitwinkelkamera 9 montiert und die Vermessungsbedienperson visiert die Sonne durch das Teleskop 8 an. Ein Vertikalwinkel und ein Horizontalwinkel des Teleskops 8 zu dem Zeitpunkt des Anvisierens werden jeweils durch die Horizontalwinkel-Messeinheit 16 und die Vertikalwinkel-Messeinheit 18 gemessen und die Messergebnisse werden in die Steuervorrichtung 20 eingegeben. Ferner ist ein Zeitsignal bezüglich der Standardzeit in dem von der GNSS-Vorrichtung 10 empfangenen GNSS-Signal enthalten. Die Steuervorrichtung 20 erhält die Standardzeit zu einem Zeitpunkt der Messung von der GNSS-Vorrichtung 10, berechnet einen Azimutwinkel (Horizontalwinkel) der Sonne auf der Basis dieses Zeitpunkts, des Breitengrads und des Längengrads und des Horizontalwinkels und des Vertikalwinkels. Der berechnete Horizontalwinkel wird durch die Horizontalwinkel-Messeinheit 16 detektiert und so berechnet. Durch Übernehmen (Aktualisieren) von diesem als Horizontalwinkel kann der geographische Norden gemessen werden.
-
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Vermessen des geographischen Nordens wie unten beschrieben automatisch durchgeführt werden.
-
Die Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart wird gewählt und ein Lichtdämpfungsfilter wird an dem Teleskop 8 und der Weitwinkelkamera 9 montiert.
-
Zunächst ist ein erstes Verfahren in Bezug auf das Vermessen des geographischen Nordens beschrieben. Zunächst wird die Sonne anvisiert. Das Anvisieren der Sonne kann durch visuelle Inspektion von der Vermessungsbedienperson ausgeführt werden oder kann unter Verwendung der Nachführungsfunktion des Vermessungsinstruments 1 ausgeführt werden.
-
In einem Fall, in dem ein Anvisieren der Sonne von der Nachführungsfunktion ausgeführt wird, wird das Anvisieren basierend auf einem Bild, in dem die Sonne erfasst ist, durchgeführt. In diesem Fall kann das Bild ein von der Bildaufnahmeeinheit 12, die auf dem Teleskop 8 installiert ist, erfasstes Bild sein oder ein von der Weitwinkelkamera 9 erfasstes Bild sein. Nachfolgend wird eine Beschreibung für den Fall gegeben, in dem das Anvisieren unter Verwendung der Weitwinkelkamera 9 durchgeführt wird.
-
Die Vermessungsbedienperson richtet die Weitwinkelkamera 9 in eine ungefähre Richtung der Sonne, so dass die Sonne durch die Weitwinkelkamera 9 erfasst wird. Da das Bildfeld der Weitwinkelkamera 9 weit ist, kann die Sonne durch die Weitwinkelkamera 9 erfasst werden, wenn die Richtung ungefähr richtig ist. Von der Bedienungseingabeeinheit 7 wird ein Befehl zum automatischen Durchführen des Vermessens des geographischen Nordens eingegeben. Das Vermessungsinstrument 1 visiert die Sonne so an, dass eine optische Achse der Weitwinkelkamera 9 auf der Basis des von der Weitwinkelkamera 9 erfassten Bilds mit der Sonne zusammenfällt.
-
In einem Fall, in dem die Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart ausgewählt ist, ist die Sonnenanvisierungsposition 32, in der die Sonne ist durch die Weitwinkelkamera 9 anvisiert werden soll, abweichend von der Anvisierungsposition des Teleskops 8 (der optischen Achse des Teleskops 8) eingestellt. Ferner weicht, wie in 3 gezeigt, eine Beziehung zwischen der Sonnenanvisierungsposition 32 der Weitwinkelkamera 9 und der Anvisierungsposition des Teleskops 8 vollständig von einem Bildfeld 31 des Teleskops 8 ab. Ferner ist ein Abweichungsbetrag der Sonnenanvisierungsposition 32 von der Anvisierungsposition des Teleskops 8 bereits bekannt und der Betrag ist mindestens ein Betrag, der von dem Bildfeld 31 des Teleskops 8 abweicht. Da der Abweichungsbetrag zwischen der Sonnenanvisierungsposition 32 und der Anvisierungsposition des Teleskops 8 bereits bekannt ist, kann die Sonnenanvisierungsposition 32 durch Berechnung so korrigiert werden, dass sie mit der Anvisierungsposition des Teleskops 8 zusammenfällt.
-
3 zeigt ein Bild 30 der Weitwinkelkamera 9 und zeigt einen Zustand, in dem die Sonne schließlich von der Weitwinkelkamera 9 anvisiert ist. In 3 fällt ein Bild 33 der Sonne mit der Sonnenanvisierungsposition 32 zusammen. Die Sonnenanvisierungsposition kann in jegliche Richtung mit Bezug auf die Anvisierungsposition des Teleskops 8 abweichen, weicht aber zum Vermindern eines Kalibrationsfehlers des Horizontalwinkels in einer vertikalen Richtung ab, da die Genauigkeit des Horizontalwinkels bei dem Vermessen des geographischen Nordens wichtig ist.
-
Ferner ist in der Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart vorgesehen, dass ein Bild, das von der Weitwinkelkamera 9 aufgenommen wird, auf der Anzeigeeinheit 6 angezeigt wird und es kann leicht aus dem Bild 30 der Anzeigeeinheit 6 bestätigt werden, ob die Sonne von der Weitwinkelkamera 9 erfasst wird oder nicht.
-
Das Bild 33 der Sonne wird nachgeführt, um mit der Sonnenanvisierungsposition 32 zusammenzufallen, und wenn das Bild 33 der Sonne mit der Sonnenanvisierungsposition 32 zusammenfällt, wird das Anvisieren als abgeschlossen betrachtet, das Nachführen beendet und die Teleskopeinheit 5 gestoppt.
-
Wenn die Teleskopeinheit 5 gestoppt ist, wird ein Horizontalwinkel θ der Teleskopeinheit 5 (ein Horizontalwinkel einer optischen Achse des Teleskops 8) durch die Horizontalwinkel-Messeinheit 16 gemessen.
-
In einem Zustand, in dem das Teleskop 5 gestoppt ist, wird ein Bild von der Weitwinkelkamera 9 erfasst, und ferner wird ein Zeitstempel zu einem Zeitpunkt der Bilderfassung gesetzt und ein genauer Zeitpunkt der Bilderfassung wird mittels des Zeitstempels erhalten (später beschrieben).
-
Es gibt die Möglichkeit, dass eine Abweichung der Zeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Anvisieren der Sonne abgeschlossen ist, und dem Erfassungszeitpunkt des Bilds auftritt. In einem Fall, in dem es eine Abweichung der Zeit gibt, wird die Sonne um einen Betrag der Abweichung der Zeit bewegt. Ferner tritt durch die Bewegung der Sonne eine Abweichung zwischen dem Horizontalwinkel, der zu dem Zeitpunkt des Anvisierens gemessen wird, und dem Horizontalwinkel der Sonne, der zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung gemessen wird, auf. Die Abweichung zwischen den beiden Horizontalwinkeln taucht als horizontale Komponente der Abweichung zwischen der Position des Bilds 33 der Sonne und der Position der optischen Achse auf dem Bild auf.
-
In Bezug auf den Zeitstempel, mit dem ein Bildsignal zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung versehen wird, wird ein Bildaufnahmebefehlssignal (ein Verschlussauslösesignal) an die Weitwinkelkamera 9 von der Steuerrecheneinheit 22 ausgegeben und ein Bild von der Weitwinkelkamera 9 erfasst. Daher kann die Zeit, zu der das Verschlussauslösesignal ausgegeben wird, als die Bilderfassungszeit betrachtet werden, und das Bildsignal wird mit einem Zeitstempel von einem Referenztaktsignal versehen, das von der Referenztaktsignal-Erzeugungseinheit 27 ausgegeben wird. Das Bildsignal, das mit dem Zeitstempel versehen ist, wird in der Speichereinheit 23 gespeichert.
-
Wie später beschrieben wird, wird eine Standardzeit bei der Bilderfassung auf der Basis dieses Zeitstempels erhalten. Ferner wird gemäß dieser Standardzeit und dem Breitengrad und dem Längengrad eines Punkts, an dem das Vermessungsinstrument 1 installiert ist, ein Azimutwinkel (Horizontalwinkel) S der Sonne bei der Bilderfassung berechnet. In einem Fall, in dem angenommen wird, dass sich die Sonne nicht bewegt, oder in einem Fall, in dem die Verarbeitungszeit kurz ist und die Bewegung der Sonne keinen Einfluss auf die Messung nimmt, ist es durch Ersetzen (Aktualisieren) des Horizontalwinkels, wie er durch die Horizontalwinkel-Messeinheit 16 zu einem Zeitpunkt des Anvisierens erfasst wird, mit S möglich, anzunehmen, dass der Horizontalwinkel, wie er von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 detektiert wird, dem Azimutwinkel entspricht.
-
Wie oben beschrieben bewegt sich die Sonne jedoch mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit. Somit wird bei einem Messzustand, in dem die Bewegung der Sonne nicht vernachlässigbar ist, oder in einem Fall, in dem eine hohe Genauigkeit erforderlich ist, eine Abweichung zwischen der Position der Sonne und der Anvisierungsposition auf dem Bild erhalten und die Abweichung, die von der Bewegung der Sonne verursacht wird, korrigiert.
-
Die Bildverarbeitungseinheit 26 extrahiert das Bild 33 der Sonne durch Verarbeiten eines Bilds, das in der ersten Bildaufzeichnungseinheit 24 gespeichert ist, und detektiert die Mittelposition der Bilds 33 der Sonne. Die Bildverarbeitungseinheit 26 vergleicht die Mittelposition des Bilds 32 der Sonne mit der Anvisierungsposition der Sonne, berechnet den Abweichungsbetrag zwischen der Mittelposition des Bilds 32 der Sonne und der Anvisierungsposition der Sonne und eine Abweichungsrichtung. Ferner berechnet die Bildverarbeitungseinheit 26 die horizontale Komponente der Abweichung und gibt das Berechnungsergebnis in die Steuerrecheneinheit 22 ein.
-
Die Steuerrecheneinheit 22 berechnet einen Abweichungswinkel Δθ eines Horizontalwinkels basierend auf einer Abweichung δ auf dem Bild.
-
Durch Berücksichtigen dieses Abweichungswinkels Δθ und durch Aktualisieren des Horizontalwinkels θ, wie er von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 gemessen wird, mit (S – Δθ), wird das Vermessen des geographischen Nordens abgeschlossen und es ist möglich, den Horizontalwinkel, wie er von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 gemessen wird, als den Azimutwinkel zu betrachten.
-
Es ist zu beachten, dass vorgesehen sein kann, dass das Bild mehrere Male erfasst wird und das Bildsignal bei jeder Bilderfassung mit dem Zeitstempel versehen wird, der Abweichungswinkel Δθ bei jedem der Bilder erhalten wird und ein Mittelwert erhalten werden kann.
-
Wie oben beschrieben, ist es möglich, die Signale in einer Zeitreihe anzuordnen, indem jeweils ein Zeitstempel mit Bezug auf die erhaltenen Signale eingetragen wird.
-
4A ist eine schematische Zeichnung, in der ein Referenztakt in einer Zeitreihe angeordnet ist. Unter Betrachtung einer Taktsignalspalte als Zeitachse sind ein GNSS-Signal und eine Bilderfassungszeit basierend auf dem Zeitstempel auf der Zeitachse angegeben.
-
Aus der Referenztaktsignal-Erzeugungseinheit 27 wird ein Referenztaktsignal ausgegeben und jede Art von Signal wird auf der Basis des Referenztaktsignals mit einem Zeitstempel versehen.
-
Da ein Satellitensignal von dem Satelliten mit einer Rate von einem Signal/Sekunde ausgegeben wird, kann ein GNSS-Signal pro Sekunde erhalten werden. Ferner ist ein Signal der Standardzeit in dem Satellitensignal enthalten, die GNSS-Vorrichtung 10 erzeugt ein Zeitsignal (im Folgenden als "GNSS-Zeitsignal" bezeichnet) um die Standardzeit basierend auf dem Satellitensignal anzugeben, und das GNSS-Zeitsignal wird ausgegeben. Jedes der GNSS-Zeitsignale wird auf Basis des Referenztaktsignals mit einem Zeitstempel versehen und das GNSS-Zeitsignal und das Referenztaktsignal werden miteinander in Bezug auf die Zeit verknüpft.
-
Durch Verknüpfen des GNSS-Zeitsignals mit dem Referenztaktsignal in Bezug auf die Zeit wird eine von dem Referenztaktsignal erzeugte Referenztaktsignalspalte eine Zeitachse der Standardzeit. Ferner werden Daten, in denen das GNSS-Zeitsignal und das Referenztaktsignal miteinander verknüpft sind, in der Speichereinheit 23 über die Eingabe/Ausgabe-Steuereinheit 21 und die Steuerrecheneinheit 22 gespeichert.
-
Basierend auf einer Bilderfassungsposition auf der Zeitachse und dem GNSS-Zeitsignal und dem Referenztaktsignal kann eine Standardzeit für die Bilderfassung berechnet werden. Durch diese Standardzeit und den Breitengrad und den Längengrad des Punkts, an dem das Vermessungsinstrument 1 installiert ist, kann ein Azimutwinkel (Horizontalwinkel) S der Sonne zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung berechnet werden.
-
Als nächstes wird eine Beschreibung eines zweiten Verfahrens in Bezug auf ein Vermessen des geographischen Nordens gegeben. Bei dem zweiten Verfahren wird der geographische Norden beim Ausführen eines Nachführens gemessen.
-
Das Vermessungsinstrument 1 wird dazu veranlasst, die Sonne anzuvisieren und die Nachführung wird fortgesetzt. In einem Zustand, in dem die Nachführung durchgeführt wird, werden eine Bilderfassung und ein Horizontalwinkel von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 gemessen.
-
Auf der Basis des GNSS-Signals werden die GNSS-Zeitsignale der Reihe nach erhalten und jedes GNSS-Zeitsignal wird jeweils mit einem Zeitstempel versehen. Ferner wird ein Bildsignal zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung mit einem Zeitstempel versehen. Horizontalwinkel werden zwei- oder mehrmals gemessen und das Winkelmesssignal wird jedes Mal mit dem Zeitstempel versehen, wenn die Messung gemacht wird.
-
4B zeigt ein GNSS-Zeitsignal, ein Bilderfassungssignal und ein Horizontalwinkel-Messsignal auf einer Zeitachse auf der Basis des Zeitstempels, wobei die Referenztaktsignalspalte als Zeitachse verwendet wird. Ferner können aus dem Zeitstempel und der Referenztaktsignalspalte (der Zeitachse einer Standardzeit) jeweils eine Standardzeit zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung und eine Standardzeit zu dem Zeitpunkt einer Horizontalwinkel-Messung erhalten werden.
-
In ähnlicher Weise wie bei dem ersten Verfahren kann die Standardzeit zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung auf der Basis des Zeitstempels des GNSS-Zeitsignals und des Zeitstempels des Bilderfassungssignals erhalten werden. Ferner wird basierend auf der Standardzeit, dem Breitengrad und dem Längengrad zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung ein Azimutwinkel (Horizontalwinkel) S der Sonne berechnet.
-
Basierend auf der Beziehung zwischen mehreren Horizontalwinkel-Messzeiten und den Bilderfassungszeiten und ferner aus einem Wert des Horizontalwinkels, wie er zu jedem Messzeitpunkt gemessen wird, kann ein Horizontalwinkel θ des Teleskops 8 zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung durch Interpolation erhalten werden.
-
Ferner führt das Teleskop 8 eine Nachführung auf der Basis des Bilds aus und die Position der Sonne auf dem Bild fällt nicht zwingend mit der Sonnenanvisierungsposition 32 zusammen. Eine Positionsabweichung des Bilds 33 der Sonne in Bezug auf die Sonnenanvisierungsposition 32 auf dem Bild wird erhalten.
-
Eine Positionsabweichung δ des Bilds 33 der Sonne auf dem Bild wird aus dem Bild erhalten und eine Abweichung Δθ des Horizontalwinkels wird aus der Positionsabweichung δ auf dem Bild berechnet.
-
Ferner wird ein Horizontalwinkel θ' der Teleskopeinheit 5 zu einem Zeitpunkt des Aktualisierens von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 gemessen und eine Abweichung (θ – θ') aus dem Horizontalwinkel θ der Teleskopeinheit 5 zu dem Zeitpunkt der Bilderfassung erhalten. Unter Berücksichtigung von (θ – θ') und der Abweichung Δθ des Horizontalwinkels wird der Azimutwinkel zu dem Zeitpunkt des Aktualisierens als (S – Δθ + (θ' – θ)) erhalten und ein Winkel, der von der Horizontalwinkel-Messeinheit 16 detektiert werden soll, wird durch (S – Δθ + (θ' – θ)) aktualisiert.
-
Daher kann das Vermessen des geographischen Nordens während des Ausführens der Nachführung durchgeführt werden. Ferner kann das Vermessen des geographischen Nordens eine erforderliche Anzahl von Malen während des Ausführens der Nachführung durchgeführt werden und die Ergebnisse der Messungen können gemittelt werden.
-
Ferner ist eine Bildverarbeitung von einer Berechnung der Nachführung und der Abweichung δ auf dem Bild begleitet, während eine Verarbeitung wie unten angegeben in Bezug auf die Bildverarbeitung durchgeführt werden kann.
-
Auf einem Photodetektionselement der Weitwinkelkamera 9 ist ein Bereich, der dem Bildfeld 31 des Teleskops 8 entspricht, als eine Photodetektions-Verbotszone festgelegt.
-
Die Steuerrecheneinheit 22 berechnet eine Route, um die Mittelposition des Bilds 33 der Sonne von der Mittelposition der Sonne und der Sonnenanvisierungsposition 32 zu der Sonnenanvisierungsposition 32 zu verschieben.
-
Ferner berechnet die Steuerrecheneinheit 22 in einem Fall, in dem die Mittelposition der Sonne auf dem Photodetektionselement mit der Sonnenanvisierungsposition 32 zusammenfällt, und in einem Fall, in dem die Mittelposition des Bilds 33 der Sonne das Bildfeld 31 des Teleskops 8 passiert, wenn sie auf dem kürzesten Weg verschoben wird, eine Route zum Erreichen der Anvisierungsposition 32 der Sonne unter Vermeidung des Bildfelds 31 des Teleskops 8 und führt ein Antreiben und Steuern der Horizontalantriebseinheit 15 und der Vertikalantriebseinheit 18 basierend auf der berechneten Route durch.
-
Oder ein beliebiger Verschluss wie etwa ein elektrischer Verschluss, ein mechanischer Verschluss usw. kann in einem optischen System des Teleskops 8 bereitgestellt sein und kann so ausgelegt sein, dass ein Strahlengang des Teleskops 8 in der Geographisch-Nord-Vermessungsbetriebsart der Weitwinkelkamera 9 unterbrochen wird.
-
In der vorliegenden Ausführungsform kann in einem Fall, in dem das Vermessen des geographischen Nordens durchgeführt wird, durch einfaches Richten der Weitwinkelkamera 9 ungefähr auf die Sonne das Vermessen des geographischen Nordens automatisch durchgeführt werden. Ferner kann der Verarbeitungszustand des Vermessens des geographischen Nordens und das Ergebnis des Vermessens des geographischen Nordens durch die Anzeigeeinheit 6 bestätigt werden und dies trägt zu der Förderung einer höheren Arbeitseffizienz bei.
-
Es ist zu beachten, dass in der oben angegebenen Beschreibung das Vermessen des geographischen Nordens basierend auf dem von der Weitwinkelkamera 9 erfassten Bild durchgeführt wird, wobei klar ist, dass das Vermessen des geographischen Nordens basierend auf dem von der Bildaufnahmeeinheit 12 über das Fernrohr 8 erfassten Bild durchgeführt werden kann.
